基于MSP430的低功耗便携式测温仪设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名 ： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院 电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 基于 MSP430 的便携式测温仪设计指 导 教 师 : 2013 年 3 月 12 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一、研究背景及意义温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产中和医学上常见及最基本的参数之一，我们常需对温度进行监控。它与人类生活、工农业生产和医学研究有着密切关系。在工业生产过程中，采用单片机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制对于提高企业生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。为此,提出进行基于MSP430单片机的低功耗便携式测温仪设计，具有重要的实际应用价值 1 2 3 4 5 8 20 。采用这种设计的温度采集系统，可进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制，对于提高企业生产效率、节约能源、资源都有重要的作用；对于人体健康，提高生命质量，都具有很大的发展前景 6 7。二、国内外发展现状温度测量仪按其原理可分为压力表式、热电偶、热电阻、辐射式、膨胀式;按测温方式可分为接触式和非接触式；按其大小有可以分为便携式和固定式。现今研究出来的精密智能测温仪测温灵活，测温范围宽，选择合适的传感器，可实现范围内测温，测温精度较高，既能实现在线分析又能实现离线处理。所有这些展示了精密智能温度测试仪强大的生命力。温度测量在工农业生产、现代科学研究及高新技术开发过程中是一个极其普遍而重要的测量项目。现代电子检测技术正朝着高集成度、低功耗、可编程以及数字化的方向发展，传统的指针式温度指示器已经跟不上社会的发展需求。国内外在便携式温度测量仪这方面的研究及应用也相当多，便携式电子设备的重要指标之一就是低功耗，低功耗是国际上节能和绿色环保的要求，是全球化的热潮。经过对市面上现有智能便携式测温仪的了解，发现测温仪功耗基本都在 180W 以上，大部分只能做到工作 3 年不换电池，如果工作 5 年不换电池的仪器基本都是 3 秒刷新一次，或者需要通过系统自动关机才能实现长时间工作，而且精度比较低，价格比较高。因此研究一种低功耗测温是十分必要的。因此进行基于 MSP430 单片机的低功耗便携式测温仪设计，具有重要的实际应用价值。它与人类生活、工农业生产和医学研究有着密切关系 7 8 9。进入 21 世纪，便携式测温技术在国内外都取得了显著成效。在 2003 年席卷全国的抗非典斗争中，中国科学院上海技术物理研究所，在国家 863 计划成果的基础上，对红外传感技术在非接触式红外体温计的应用上进行了深入的研究，在很短时间内取得了显著成果，研发出非接触便携式红外线测温仪，写下了国内该领域的新篇章。国内便携式红外测温仪主要有：华中科技大学研制的“慧眼 HW-05”人体温度红外热图仪，其分辨率高达 0.06 10；中科院上海物理研究所也研制出了红外线测温仪 11；兰州大学合华技术应用开发中心开发的LHW-I 红外线测温仪 12 13 14。现在国内相关测温仪，特别是便携式测温仪方面已经较成熟，以北京、天津、广州、深圳、杭州、厦门和西安等城市技术最为成熟，产品最为普及 1516 19 21 。然而，这种设备的测量结果还有待进一步校正 2021。在温度测量方面各国均取得了许多可喜的成果，其中前苏联的压电石英频率温度计分辨能力可达 0.0001，理论上可达 0.00001，而且在-40230范围内具有温度与频率的线性特性；我国生产的石英温度传感器分辨率达到0.0001，误差在 0.05以内，中国航天工业总公司 702 所研制的 5901(STP-1000)型粘贴式测温片，其静态测温精度为 0.5%，快速响应时间小于 0.013s22。自 1999 年开始，就有很多国家致力于该类项目的开发和研究，至今已经有多个国家的产品达到了国际先进水平。主要产品与开发公司有：德国博朗集团开发出只需 1 秒即可测出体温的红外体温计；日本欧姆龙也研制出几款非接触式红外体温计，BJ40 型非接触式医用红外线体温计，精确度为-0.2 至+0.2；WFHX-68A 型便携式温度计，分辨率为 0.1，测量精度为-0.2 至+0.2；意大利的THERMO Focus-reg,测量精度为0.2。该类产品产品的应用也已经十分广泛，如：美国早在本世纪初初颁布了有关红外线测温计的计量标准，而美国雷泰公司所生产的该类产品已经较为完善 17 18 19。温度测量方法多种多样，在很多情况下，对于实际工程现场或一些特殊条件下的温度测量，比如对极限温度、高温腐蚀性介质温度、气流温度、表面温度、固体内部温度分布、微尺寸目标温度、大空间温度分布、生物体内温度、电磁干扰条件下温度测量来讲，要想得到准确可靠的结果并非易事，需要非常熟悉各种测量方法的原理及特点，结合被测对象要求选择合适的测量方法才能完成 20 2122。同时，还要不断探索新的温度测量方法，改进原有测量技术，以满足各种条件下的温度测量需求 23 24。参考文献：1魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例J,2002.2周云波.由DS18B20单线数字温度计构成的单线多点温度测量系统，1996(2):12-24 .3罗慧滋.数字温度传感器DS18B20在粮情测控系统中的应用M，2004(5):10-11 .4董炜,王俊杰,杨士元.单总线测温系统期刊论文-自动化仪表，2005(6):20-22 .5陈跃东.DS18B20集成温度传感器原理及其应用，2002(4):18-19 .6杨宝清.现代传感器技术基础M.北京：中国铁道出版社，2001.7祖静.新概念动态测试.动态测试技术专题.北京：北京大学出版社,2006.8张文栋.存储测试系统的设计理论及其应用.北京：北京邮电大学出版社，2004.9沈建华,杨艳琴,翟骁曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用.北京：机械工业出版社，2008.10魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例.北京：国防工业出版社，2002.11王晓银.基于MSP430F149单片机的温度监测系统的设计.微计算机信息，2006(22) .12胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发，2003.13孟开元.Modbus通信协议中CRC校验的快速C语言算法.福建电脑，2004(11) .15魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例M，北京：北京航空航天大学出版社，200216金永贤.智能化电子产品的低功耗设计J.华东交通大学学报，200l，18(1)：15-1617姜忠良,陈秀云.温度的测量与控制M.北京:清华大学出版社,2005：2627.18马建明数.据采集与处理技术M.西安：西安交通大学出版社，2005：25.19叶湘滨,熊飞丽.传感器与测试技术M.北京：国防工业出版社，2008：28528.20Teaxs Instrument Inc MSP430xlxx family users guide 2007.21Teaxs Instrument Inc MSP430F16X/161Xdeviceerrata Sheet 2007.22TeaxslnstrumentIncMSP430x15x,MSP430x16x,MSP430x161xmixedsignalmicrocontroller 2007.23MSP430x4xx Family Users Guide-slauO56c 2003.24Hanry W.Ott.8-bit AVR Microcontroller with 32K Bytes In-System Programmable Flash ATmega32ATmega32LJ.Atmel Corporation,2008,(13):21-22.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一本课题所要研究的问题：实时基于 MSP430 对温度的采集并通过 LED 显示出来。具体过程，1. 传感器的选用，便于将温度信号转化为电信号；2.设计 MSP430 外围的硬件电路；3. 编写MSP430 内部的程序。二本课题拟采用的研究方法：研究方案：1. 方案总原理温度图 设计框图以 MSP430 为核心，选择 PT100 热电阻温度传感器，用 LED 数码管显示。首先，传感器根据温度的变化输出一定的模拟电信号，该信号通过模拟适配电路进入系统，然后通过 MSP430 内部集成的 A/D 转换器将模拟量转化为数字量，以上过程需要系统内的定时器按照一定的频率控制不断循环运行，从而达到实时采集的目的。最后，经 LED 数码管把温度显示出来，并在必要的时候报警。2.遇到的问题及解决方法最重要的是关于 A/D 转换的问题。MSP430 内嵌有 A/D 转换模块，模数转换的功能由 MSP430 内部的程序来完度。此时应考虑到 ADC 模块的一些指标。分辨率：ADC 模块位数越多，数据的采集精度越高，分辨率越高，本方案选用 ADC12，其分辨率为满刻度的 1/212 或满刻度的传感器 模拟适配 电路 MSP430LED 显示及报警电源管理0.0245%。转换时间：转换时间越短越能适应输入信号的变化，转换时间与 ADC 模块的结构、位数有关。此外还有量化误差、转换精度等，都是设计过程中应着重考虑的问题。三相关